MRAM会取代DDR吗？简单比较下MRAM、SRAM和DRAM之间的区别

在当前我们比较熟悉的存储产品就是DRAM和NAND，DRAM和NAND也一直在寻求高带宽和低功耗的发展。我们也看到，DRAM也越来越便宜，但它很耗电，同时它也是易失性的，这意味着当系统电源关闭时它会丢失数据。而NAND 价格便宜且非易失性（它在系统关闭时保留数据），但NAND的速度很慢。

因此多年来，业界一直在寻找一种与DRAM和Flash具有相同属性并可以取代它们的“通用存储器”。这些竞争者包括 MRAM、PCM 和 ReRAM。本文将对简单比较下MRAM、SRAM 和 DRAM 之间的区别。

MRAM-Magnetoresistive RAM

MRAM一词是Magnetoresistive RAM（磁阻随机存取存储器）的缩写。与使用电子电荷来存储数据的半导体存储器不同，MRAM 使用磁性元件来存储数据。它使用电子自旋，与电荷不同的是，电子自旋本质上是永久的。MRAM的概念其实由来已久，但是发展一直都比较缓慢。

MRAM结合了SRAM的速度、DRAM的密度和闪存的非易失性，因此通常被称为理想存储器。

上图描绘了经典的 MRAM。如图所示，每个bit具有自旋相关通道结存储单元以及磁性行和列写入线。自旋相关通道结根据存储层中的主要电子自旋产生较大的电阻变化。通道壁非常薄，只有几个原子层那么薄。这取决于自旋极化。因此，电子可以穿过绝缘的材料，从而导致电阻变化。

因此，在MRAM中，数据被读取为通道结电阻，而数据被存储在通道结磁性层的自旋极化中。写入线产生磁场，通过设置磁自旋极化来存储数据位。

通常，低电阻状态被视为逻辑0，高电阻状态被视为逻辑1。MRAM 的实现涉及许多底层方法和技术，比如切换模式、自旋转移扭矩、热辅助切换。下一代 MRAM 技术可以进一步减小单元尺寸和功耗。

SRAM-Static RAM

• SRAM是Static RAM(静态随机存取存储器)的简称。

• 用于实现静态RAM 的存储单元阵列。信息存储在锁存器中。

DRAM-Dynamic RAM

• DRAM 是Dynamic RAM(动态随机存取存储器)的简称。主要由一个晶体管和一个电容组成。

• 基本原理：根据电容器中存放的信息来判断逻辑1和逻辑0。由于电容器会有电荷泄漏，所以需要周期性的充放电刷新。

• 电容器充电和放电以改变存储值。

• 使用晶体管作为“开关”来控制存储电荷和充电或放电。

DRAM 类型如下：

• 同步DRAM（即SDRAM）

• 双倍数据速率DRAM（即DDR DRAM，就是我们常常说的DDR~DDR5）

• RAMBUS DRAM (RDRAM)

MRAM、SRAM 和 DRAM 的比较

下表对比了 MRAM、SRAM 和 DRAM 存储器之间的易失性、读写速度、功耗、密度以及耐用性。

规格	MRAM	SRAM	DRAM
易失性	不	是	是
速度	快	最快	中等
功耗	最低	中等	高
密度	中等	低	高
耐用性	耐用	耐用	耐用

MRAM 和 SRAM 之间的比较：

• MRAM 比 SRAM 稍慢，但在速度上仍然具有足够的竞争力。

• SRAM 的设计更复杂，而 MRAM 的密度更高。

• MRAM 是非易失性的，而 SRAM 是易失性的，断电就会丢失数据。

MRAM 和 DRAM 之间的比较：

• DRAM需要电容器充电/放电的来完成读写，所以MRAM 的读/写速度更快。

• MRAM 和 DRAM 具有相似的密度。

• MRAM 与 DRAM 不同，是非易失性的。

• MRAM 的单元泄漏较低。

• 与经常刷新数据的DRAM相比，MRAM 的电压要求较低。

所以，将来在需要考虑兼具功耗和速率的时候，MRAM可能会带来很好的效果。

审核编辑：刘清